En tant que lien essentiel entre les générations, les cellules germinales font une chose et bien une chose : produire les gamètes (spermatozoïdes et ovules) nécessaires à la reproduction sexuée. Avant de générer des gamètes, la plupart des animaux fabriquent leurs cellules germinales une fois au cours du développement embryonnaire, puis les écument pour les conserver en lieu sûr jusqu’à ce qu’elles soient nécessaires à la reproduction.
Ce n’est pas le cas pour les vers plats planaires – des animaux remarquables qui suivent leur propre rythme biologique de nombreuses manières extraordinaires. Les planaires fascinent les chercheurs en raison de leur capacité pratiquement illimitée à régénérer les tissus manquants de n’importe quelle partie du corps. Cette prouesse régénératrice s’applique également à leurs cellules germinales.
Les scientifiques ont une compréhension limitée de la façon dont les organismes régénèrent les cellules germinales. Une nouvelle étude du laboratoire de Phil Newmark au Morgridge Institute for Research fournit des informations moléculaires sur la façon dont les cellules germinales sont régénérées – et pourrait indiquer de nouvelles façons de combattre leurs parents pathogènes, appelés schistosomes, qui rendent malades des centaines de millions de personnes chaque année.
“Ces animaux sont si incroyablement plastiques”, déclare Newmark, chercheur à l’Institut médical Howard Hughes et professeur de biologie intégrative à l’Université du Wisconsin – Madison. “Ils ont non seulement cette capacité inhabituelle à régénérer leurs cellules germinales, mais ils peuvent également les réguler en réponse à toutes sortes de signaux physiologiques. Leur capacité à déclencher le développement des cellules germinales et la production de gamètes en réponse à des signaux internes et externes offre probablement un avantage reproductif. »
Dans un ouvrage publié dans le numéro du 15 mars 2022 de la revue : Rapports de cellule :, l’ancien étudiant diplômé Umair Khan et Newmark ont décrit des similitudes génétiques intrigantes entre les cellules germinales féminines planaires et les néoblastes, qui sont les cellules souches pluripotentes qui entraînent la régénération. La recherche suggère qu’en réponse à une blessure, les néoblastes peuvent activer certains programmes génétiques liés au développement des cellules germinales féminines.
Cette étude s’est concentrée sur les cellules germinales féminines en raison de leur rôle unique dans la fonction de reproduction. “Les cellules germinales féminines sont peut-être les plus intéressantes de tous les types de cellules, car dans de nombreux cas, elles ont la capacité de créer par elles-mêmes un tout nouvel organisme”, explique Newmark. “Par exemple, il y a des animaux, y compris certains planaires, qui n’ont même pas besoin de la contribution génétique du sperme – les ovules eux-mêmes contiennent toutes les informations pour créer un nouvel animal.”
Une découverte intéressante concerne le mode de reproduction du planaire; ce sont des hermaphrodites, dans lesquels un seul animal contient à la fois des systèmes reproducteurs mâles et femelles. “L’une des grandes questions est la suivante : comment une cellule germinale d’un hermaphrodite sait-elle si elle est mâle ou femelle ?” demande Newmark. “Avant cette étude, aucun de nos marqueurs génétiques existants ne distinguait les premières cellules germinales mâles et femelles.”
Les auteurs ont identifié un gène exprimé spécifiquement dans les cellules germinales féminines, qui s’exprime au début de leur développement et n’est requis que pour le développement des cellules germinales féminines. Ce travail fournit la première preuve génétique du moment où une cellule germinale “sait” devenir femelle plutôt que mâle chez ces hermaphrodites.
Les auteurs ont également fait la découverte surprenante que les monoamines biogènes jouent un rôle dans le développement des cellules germinales mâles et femelles. Les monoamines biogéniques exprimées dans le cerveau – telles que la sérotonine et la dopamine – régulent des fonctions telles que le mouvement, le comportement, les émotions, la température et la pression artérielle chez l’homme. Mais dans le cas des planaires, une enzyme qui produit des monoamines – appelée AADC – se trouve à des niveaux étonnamment élevés dans l’ovaire planaire.
Les chercheurs ont inhibé la fonction AADC, ce qui a entraîné une incapacité à régénérer les ovaires après amputation ; en revanche, cela a conduit à des tests qui accumulent anormalement les premiers stades de développement des cellules germinales mâles, mais ne produisent pas de spermatozoïdes.
“Parce que l’inhibition de l’AADC entraîne la perte des ovaires et d’autres organes reproducteurs accessoires féminins, démêler le rôle des monoamines dans le système reproducteur des vers plats femelles peut conduire à de nouvelles approches pour prévenir la transmission des parasites”, indique l’étude.
La compréhension de ces nuances reproductives pourrait donner des pistes intrigantes dans la lutte contre la schistosomiase, une maladie tropicale débilitante. Les schistosomes, par exemple, ne développent des organes reproducteurs féminins qu’après avoir été appariés avec un schistosome mâle. Les schistosomes sont un descendant direct des planaires, de sorte que la biologie fondamentale tirée des travaux sur les planaires peut être directement pertinente pour lutter contre cette maladie tropicale. Plus les chercheurs en apprennent sur la reproduction des vers plats, plus ils sont susceptibles de trouver une cible pour arrêter le développement sexuel et ainsi mettre fin à la transmission du parasite.
Cette recherche a été soutenue par l’Institut national Eunice Kennedy Shriver de la santé infantile et du développement humain des National Institutes of Health.